Сборка асинхронных электродвигателей после ремонта
Сборка — заключительный технологический процесс, при котором узлы и отдельные детали соединяются в готовое изделие. От правильно выбранного технологического процесса и качественного выполнения всех операций зависят энергетические и эксплуатационные показатели электрической машины — КПД, уровень вибраций и шума, надежность и долговечность.
Перед сборкой проводят балансировку роторов (якорей) и других вращающихся деталей. Балансировку проводят в случае, если ротор подвергается ремонту или при предремонтных испытаниях обнаружена повышенная вибрация.
В собранных роторах электрических машин вследствие неравномерного распределения масс главная ось инерции редко совпадает с осью вращения. Такие роторы называют неуравновешенными. Смещение оси инерции является результатом неточностей изготовления. В зависимости от взаимного расположения этих осей неуравновешенность разделяют на три вида: статическую, моментную и динамическую. Все три вида неуравновешенности вызывают вибрацию, которая разрушает подшипники, обмотку, ухудшает коммутацию и т. п. Частота вибрации равна частоте вращения ротора. Для устранения вредного влияния неуравновешенности вращающиеся детали подвергают балансировке.
Балансировка — это технологическая операция, в процессе которой находят значение неуравновешенной массы и ее расположение, а затем производят ее уравновешивание путем добавления грузов на легкие стороны или удаления части металла с тяжелых сторон. Нормы допустимой остаточной (после операции балансировки) неуравновешенности роторов и методы ее измерения регламентированы ГОСТом.
Установлены три класса точности уравновешивания — нулевой, первый и второй. Наименьшую остаточную неуравновешенность допускает нулевой класс. Значения остаточной, неуравновешенности в одном классе точности для роторов с различной массой различны. Стандарт делит роторы электрических машин в зависимости от их массы на три группы: с массой от 0,01 до 0,1 кг (микророторы); с массой свыше 0,1 до 3 кг (малые роторы); с массой свыше 3 до 1000 кг (средние роторы). На рис. 1 показаны допустимые остаточные неуравновешенности для роторов массой свыше 3 до 1000 кг. В ГОСТе даются общие указания и рекомендации по выбору класса точности уравновешивания. Для электрических машин общего назначения с обычными требованиями по уровню вибрации достаточно уравновешивания по второму классу точности. Такие электрические машины собирают, как правило, с подшипниками класса Н.
Рис. 1. Допустимые остаточные неуравновешенности для роторов массой свыше 3 до 1000 кг: 1 — нулевой класс; 2 — первый класс; 3 — второй класс
Детали, устанавливаемые на отбалансированный ротор, должны перед установкой балансироваться отдельно. Если детали устанавливают на ротор с помощью шпонки, то они должны балансироваться со шпонкой, а ротор балансируется без шпонки. Согласно стандарту компенсация неуравновешенности должна проводиться в двух плоскостях исправления при отношении осевого размера к диаметру L/D > 0,2; при L/D < 0,2 допускается одна плоскость исправления.
Плоскостями исправления называют плоскости, перпендикулярные оси вращения, в которых путем добавления или удаления массы осуществляется компенсация неуравновешенности.
Статическая составляющая неуравновешенности ротора (или какой-либо другой детали) наиболее просто выявляется и устраняется с помощью статической балансировки, для чего ротор устанавливают на стальные параллельные призмы (рисунок 2), поверхность которых должна иметь шероховатость не выше Ra = 0,50. Ширина рабочей поверхности призмы a = M/2d, где а — ширина призмы, мм; М — масса ротора, кг; d — диаметр шейки вала ротора, мм.
Рис. 2. Схема статической балансировки на призмах: 1 — ротор; 2 — призмы
Отклонение плоскости призмы от горизонтальной плоскости не должно превышать 0,1 мм на 1 м длины призмы. Если установленный на призмы ротор вывести из равновесия и представить ему возможность самоустановиться, то после нескольких качаний он остановится «тяжелым» местом вниз. Установка уравновешивающего груза должна проводиться в «легком» месте, т. е. в верхней части. Массу уравновешивающего груза обычно определяют опытным путем. Ротор считается отбалансированным, если он находится в состоянии безразличного равновесия.
Динамическую составляющую неуравновешенности ротора можно обнаружить и устранить только при вращении ротора, т. е. динамической балансировкой. Динамическая балансировка проводится на специальных станках. Подлежащий балансировке ротор устанавливают на опоры, которые могут совершать колебательные движения в плоскости, перпендикулярной оси балансируемого ротора. Ротор приводится во вращение, колебание опор передается катушкам датчика, в которых образуется сигнал. После соответствующих преобразований сигнал поступает на приборы станка, которые показывают величину неуравновешенности и место ее положения.
При ремонте часто пользуются универсальным станком для балансировки, показанным на рис. 3. Балансируемый ротор 4 устанавливают на четыре круглые опоры 2 и 6. Опоры расположены на раме 7, состоящей из двух круглых балок. Двигателем 5 через ремень 3 ротор приводится во вращение. Левая сторона рамы крепится к основанию плоской пружиной 1 и при вращении ротора остается неподвижной, а правая сторона опирается на пружины 9 и при вращении ротора начинает колебаться под действием неуравновешенных масс правой стороны ротора.
Рис. 3. Универсальный балансировочный станок для динамической балансировки
Величину колебаний показывает стрелочный индикатор 8. После определения величины колебаний останавливают ротор и навешивают пробный груз (пластилин) на первую сторону ротора. Если при очередном вращении величина колебаний увеличивается, то это означает, что пробный груз навешен на той части окружности ротора, где располагается неуравновешенная масса, а если величина колебаний уменьшается, то это означает, что пробный груз навешен на противоположной стороне. Передвигая груз по окружности, находят место, где его расположение вызывает наименьшие колебания. Затем начинают уменьшать или увеличивать пробный груз, определяя его величину, при которой колебания еще меньше. Отбалансировав правую часть, снимают груз, взвешивают его и на место, где он располагается во время балансировки, в соответствии с указаниями чертежа устанавливают постоянный груз. Затем ротор поворачивают и балансируют вторую сторону.
Рис. 4. Асинхронный электродвигатель серии 4А с высотой оси вращения 160 мм:
1 — выходной конец вала; 2 — шпонка; 3, 6 — наружная и внутренняя крышки переднего подшипникового щита; 4, 20 — передний и задний подшипники; 5, 18 — передний и «задний подшипниковые щиты; 7 — обмотка статора; 8 — корпус коробки выводов; 9 — крышка коробки выводов; 10 — грузовой болт; 11 — сердечник статора; 12 — сердечник ротора; 13 — корпус; 14 — короткозамкнутая обмотка ротора; 15 — вентиляционные лопатки ротора; 16 — вал; 21 — внутренняя и наружная крышки заднего подшипникового щита; 19 — кожух; 22, 24 — пружинные шайбы; 23 — вентилятор; 25 — болт заземления
Сборку асинхронного двигателя рассмотрим на примере двигателя, показанного на рис. 4. Для сборки необходимо провести следующие операции. Из комплектовочного отделения получить детали и узлы, прошедшие проверку, ремонт и испытания. Статор и ротор продуть сжатым воздухом. На статор установить и закрепить коробку выводов 8 и присоединить выводные концы. Внутренние крышки подшипников 6 и 17 протереть ветошью, заполнить внутреннюю полость на 2/3 смазкой и надеть на вал ротора. Посадочные места вала под подшипники протереть и смазать трансформаторным маслом. Подшипники нагреть в масляной ванне до 80-90 °С и установить их на шейке вала до упора ударами молотка по трубчатой оправке (см. рис. 5). Вложить в кольцевую канавку запорное пружинное кольцо 22 (рис. 4). Ввести ротор в расточку статора, не допуская задевания ротора за обмотку статора. Ввернуть во внутренние крышки подшипников по одной технологической шпильке и установить первый подшипниковый щит со стороны, противоположной рабочему концу вала, ориентируя его по ввернутой шпильке и отметкам, нанесенным при разборке. Крышку подшипника 21 протереть ветошью, заполнить внутреннюю полость на 2/3 смазкой, поставить на место и закрепить болтами, не затягивая их.
Рис. 5. Насадка подшипников монтажной трубой
При наживлении первого болта внутреннюю крышку подшипника необходимо подтягивать к щиту за технологическую шпильку. После наживления болта технологическую шпильку надо вывернуть. Установить второй подшипниковый щит на подшипник, аналогично первому, и подать его вперед до упора в замок статора. Ввернуть болты, крепящие щиты, и подтянуть подшипниковые щиты, подавая их вперед легкими ударами молотка. Окончательно затянуть болты, при этом щиты должны без перекосов сомкнуться своими замками с замками на статоре. Вложить смазку в подшипник со стороны рабочего конца вала и в крышку подшипника, надеть ее и завернуть болты.
При наличии технической возможности замерить щупами воздушный зазор в четырех диаметрально противоположных точках. Установить на вал вентилятор 23, упирая оправкой в стальную втулку вентилятора (упирать в алюминиевую часть вентилятора запрещается) и запорное пружинное кольцо 24. Установить кожух вентилятора 19 и закрепить его болтами. Проверить легкость вращения вала рукой, и двигатель следует передать для испытания.